Классы трафика. Типы линий связи. Аппаратура передачи данных.

Классы трафика. Компьютерные сети изначально ориентировались на совместный доступ пользователя к ресурсам сети. Трафик, создаваемый традиционными службами компьютерных сетей, имеет свои особенности и существенно отличается от трафика сообщений в телефонных и кабельных сетях. В 90-е гг. в компьютерных сетях появились мультимедийные данные, что повлекло за собой появление нового вида трафика – трафика мультимедийных данных. В свою очередь, появление мультимедийного трафика повлекло за собой проблему динамической передачи данного вида трафика.

Для динамической передачи мультимедийного трафика потребовались иные алгоритмы и протоколы и другое оборудование. Из локальных сетей мультимедийный трафик перекочевал в глобальные сети. Например, одной из основных особенностей трафика, образующегося при динамической передаче голоса или изображения, является наличие жестких требований к синхронности передаваемых сообщений.

В общем, трафик компьютерных данных характеризуется крайне неравномерной интенсивностью поступления сообщений при отсутствии жестких требований к синхронности доставки этих сообщений. В связи с этим основной сложностью, связанной с работой с мультимедийным трафиком, является совмещение традиционного компьютерного и мультимедийного трафика (передача только мультимедийного трафика компьютерной сетью является хоть и сложной, но вызывает гораздо меньше трудностей). В настоящее время существующие протоколы и оборудование КС относят мультимедийный трафик к факультативному, поэтому качество его обслуживания оставляет желать лучшего. В настоящее время только разрабатываются стандарты для совмещения этих двух видов трафика.

Типы линий связи. Линия связи состоит в общем случае из физической среды, по которой передаются информационные сигналы, аппаратуры передачи данных и промежуточной аппаратуры. Синонимом термина линия связи (line) является термин капал связи (channel).

Физическая среда передачи данных (medium) может представлять собой кабель, то есть набор проводов, изоляционных и защитных оболочек, соединительных разъемов, а также земную атмосферу или космическое пространство, через которые распространяются информационные сигналы. В современных телекоммуникационных системах информация передается с помощью электрического тока или напряжения, радиосигналов или световых сигналов. В зависимости от среды передачи данных линии связи разделяются на:

— проводные (воздушные);

— кабельные (медные и волоконно-оптические);

— радиоканалы наземной и спутниковой связи.

Проводные (воздушные) линии связи представляют собой провода без каких-либо изолирующих или экранирующих оплеток, проложенные между столбами и висящие в воздухе. Скоростные качества и помехозащищенность этих линий оставляют желать много лучшего. Сегодня проводные линии связи быстро вытесняются кабельными.

Кабельные линии имеют достаточно сложную конструкцию. Кабель состоит из проводников, заключенных в несколько слоев изоляции: электрической, электромагнитной, механической, а также, возможно, климатической. В компьютерных (и телекоммуникационных) сетях применяются три основных типа кабеля: кабели па основе скрученных пар медных проводов, коаксиальные кабели с медной жилой, а также волоконно-оптические кабели (первые два типа кабелей называют также медными кабелями).

Аппаратура передачи данных, или ЛПД (Data Circuit Terminating Equipment, DCE) в компьютерных сетях непосредственно присоединяет компьютеры или локальные сети пользователя к линии связи и является пограничным оборудованием. Примерами DCE являются модемы, терминальные адаптеры сетей ISDN, устройства подключения к цифровым каналам. Обычно DCE работает на физическом уровне, отвечая за передачу информации в линию и прием из нее сигналов нужной формы и мощности.

Аппаратура пользователя линии связи, вырабатывающая данные для передачи по линии связи и подключаемая непосредственно к аппаратуре передачи данных, носит обобщенное название оконечное оборудование данных, или ООД (Data Terminal Equipment, DTE). Примером DTE могут служить компьютеры, коммутаторы или маршрутизаторы. Эту аппаратуру не включают в состав линии связи.

Разделение оборудования на классы DCE и DTE в локальных сетях является условным. Например, адаптер локальной сети можно считать как DTE, так и DCE. В глобальной сети это разделение становится более четким, при этом устройство DCE обычно относят к глобальной сети, а устройство DCE — уже нет. Промежуточная аппаратура обычно используется на линиях связи большой протяженности. Она решает две основные задачи:

- улучшение качества сигнала;

- создание постоянного составного канала связи между двумя абонентами сети.

В локальных сетях промежуточная аппаратура может совсем не использоваться, если протяженность физической среды позволяет одному сетевому адаптеру принимать сигналы непосредственно от другого сетевого адаптера без промежуточного усиления. В противном случае применяются устройства типа повторителей и концентраторов.

В глобальных сетях необходимо обеспечить качественную передачу сигналов на расстояния в сотни и тысячи километров. Поэтому без усилителей и регенераторов построить территориальную линию связи невозможно. В глобальной сети необходимы также мультиплексоры, демульти-плексоры и коммутаторы. Эта аппаратура решает вторую задачу, то есть создает между двумя абонентами сети непрерывный составной канал из отрезков физической среды — кабелей с усилителями. Наличие промежуточной коммутационной аппаратуры избавляет создателей глобальной сети от необходимости прокладывать отдельную кабельную линию для каждой пары соединяемых узлов сети. Промежуточная аппаратура канала связи прозрачна для пользователя. Промежуточная аппаратура образует первичную сеть.

В зависимости от типа промежуточной аппаратуры все линии связи делятся на аналоговые и цифровые. В аналоговых линиях промежуточная аппаратура предназначена для усиления аналоговых сигналов. Такие линии связи традиционно применялись в телефонных сетях. Для создания высокоскоростных каналов, которые мультиплексируют несколько низкоскоростных аналоговых абонентских каналов, при аналоговом подходе обычно используется техника частотного мультиплексирования (Frequency Division Multiplexing, FDM).

В цифровых линиях связи передаваемые сигналы имеют конечное число состояний. С помощью таких сигналов передаются как компьютерные данные, так и оцифрованные речь и изображение. В цифровых каналах связи используется специальная промежуточная аппаратура — регенераторы, которые улучшают форму импульсов и обеспечивает их ресинхронизацию, то есть восстанавливают период их следования.

 

Среды передачи данных

Физическая среда передачи данных может представлять собой кабель, земную атмосферу, космическое пространство, через которые распространяются информационные сигналы.

Примерами физических сред являются медная витая пара, коаксиальный кабель, многомодовый оптоволоконный кабель, территориальные и спутниковые радиоканалы. Физические среды можно разделить на два типа: проводные и беспроводные. Проводные среды передачи предполагают наличие твердотельного проводника и включают оптоволоконный кабель, медную витую пару и коаксиальный кабель. В беспроводной среде передача осуществляется без участия твердых проводников; этот тип среды используется в беспроводных локальных сетях и в спутниковой связи.

Перед тем как приступать к изучению характеристик различных сред передачи данных, хотелось бы сказать несколько слов об их стоимости. Фактическая стоимость физической линии связи (медного кабеля, оптоволоконного кабеля и т. д.), как правило, незначительна по сравнению со стоимостью других сетевых компонентов.

Основные группы кабелей

В большинстве сетей применяются только три основные группы кабелей:

· коаксиальный кабель (coaxial cable);

· витая пара (twisted pair):

· неэкранированная (unshielded);

· экранированная (shielded);

· оптоволоконный кабель (fiber optic).

Коаксиальный кабель

Не так давно коаксиальный кабель был самым распространенным типом кабеля. Это объяснялось двумя причинами. Во-первых, он был относительно недорогим, легким, гибким и удобным в применении. А во-вторых, широкая популярность коаксиального кабеля привела в тому, что он стал безопасным и простым в установке.

Самый простой коаксиальный кабель состоит из медной жилы (core), изоляции, ее окружающей, экрана в виде металлической оплетки, имеет и слой фольги, он называется кабелем с двойной экранизацией. При наличии сильных помех можно воспользоваться кабелем с учетверенной экранизацией. Он состоит из двойного слоя фольги двойного слоя металлической оплетки.

Вита́я па́ра (англ. twisted pair) — вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой. Свивание проводников производится с целью повышения степени связи между собой проводников одной пары (электромагнитная помеха одинаково влияет на оба провода пары) и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников, а также взаимных наводок при передаче дифференциальных сигналов.

Опти́ческое волокно́ — нить из оптически прозрачного материала (стекло, пластик), используемая для переноса света внутри себя посредством полного внутреннего отражения.

Мода – описывает режим распространения световых лучей во внутреннем сердечнике кабеля. В одномодовом волокне используется очень малого диаметра с длинной волны света при этом практически все лучи распространяются вдоль световода не отражаясь от проводника. Соединение оптоволокна очень трудоемкий и дорогой процесс!!!

 

Аналоговая модуляция.

Аналоговая модуляция применяется для передачи дискретных данных по каналам с узкой полосой частот. Пример: капал тональной частоты, предоставляемый в распоряжение пользователям общественных телефонных сетей. Этот канал передаст частоты в диапазоне от 300 до 3400 Гц, полоса пропускания равна 3100 Гц. Строгое ограничение полосы пропускания тонального канала связано с использованием аппаратуры уплотнения и коммутации каналов в телефонных сетях. Устройство, которое выполняет функции модуляции несущей синусоиды на передающей стороне и демодуляции на приемной стороне, носит название модем.

Методы аналоговой модуляции. При физическом кодировании способом аналоговой модуляции информация кодируется изменением амплитуды, частоты или фазы синусоидального сигнала несущей частоты. Основные способы аналоговой модуляции:

1) Потенциальный код - последовательность битов исходной информации, представленная потенциалами высокого уровня для логической единицы и потенциалом нулевого уровня для логического нуля. Такой способ кодирования часто используется при передаче данных между блоками компьютера.

2) Частотная модуляция. Значения 0 и 1 исходных данных передаются синусоидами с различной частотой. Этот способ модуляции не требует сложных схем в модемах и обычно применяется в низкоскоростных модемах, работающих на скоростях 300 или 1200 бит/с.

3) Амплитудная модуляция. Для логической единицы выбирается один уровень амплитуды синусоиды несущей частоты, а для логического нуля — другой. Способ редко используется в чистом виде из-за низкой помехоустойчивости, но часто применяется в сочетании с другим видом модуляции — фазовой модуляцией.

4) Фазовая модуляция. Значениям данных 0 и 1 соответствуют сигналы одинаковой частоты, но различной фазы.

В скоростных модемах часто используются комбинированные методы модуляции, как правило, амплитудная в сочетании с фазовой.

 

26. Цифровое кодирование. Требования к методам цифрового...

Цифровое кодирование. При цифровом кодировании дискретной информации применяют потенциальные и импульсные коды.

В потенциальных кодах для представления логических единиц и пулей используется только значение потенциала сигнала, а его перепады, формирующие законченные импульсы, во внимание не принимаются.

Импульсные коды позволяют представить двоичные данные либо импульсами определенной полярности, либо частью импульса — перепадом потенциала определенного направления.

Требования к методам цифрового кодирования. При использовании прямоугольных импульсов для передачи дискретной информации необходимо выбрать такой способ кодирования, который одновременно достигал бы нескольких целей:

· имел при одной и той же битовой скорости наименьшую ширину спектра результирующего сигнала;

· обеспечивал синхронизацию между передатчиком и приемником;

· обладал способностью распознавать ошибки;

· обладал низкой стоимостью реализации.

Более узкий спектр сигналов позволяет на одной и той же линии добиваться более высокой скорости передачи данных.

Синхронизация передатчика и приемника нужна для того, чтобы приемник точно знал, в какой момент времени необходимо считывать новую информацию с линии связи. На больших расстояниях неравномерность скорости распространения сигнала может привести к тому, что тактовый импульс придет несколько позже или раньше соответствующего сигнала данных, и бит данных будет пропущен или считан повторно. Другой причиной, по которой в сетях отказываются от использования тактирующих импульсов, является экономия проводников в дорогостоящих кабелях. Поэтому в сетях применяются так называемые самосинхронизирующиеся коды.

Требования, предъявляемые к методам кодирования, являются взаимно противоречивыми, поэтому каждый из рассматриваемых ниже популярных методов цифрового кодирования обладает своими преимуществами и своими недостатками по сравнению с другими. Основные методы ЦК:

- Потенциальный код без возвращения к нулю.

- Метод биполярного кодирования с альтернативной инверсией.

- Биполярный импульсный код.

- Манчестерский код.

- Потенциальный код 2B1Q.